ZEMAX | 如何使用 OpticStudio 非序列優(yōu)化向?qū)?/h1>
本文描述了如何使用 OpticStudio 非序列優(yōu)化向?qū)?chuàng)建常見(jiàn)的評(píng)價(jià)函數(shù)類(lèi)型，以及創(chuàng)建用于匹配導(dǎo)入圖像文件的目標(biāo)能量分布評(píng)價(jià)函數(shù)。 （聯(lián)系我們獲取文章附件）
簡(jiǎn)介
在非序列模式下優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)通常比在序列模式下的優(yōu)化更復(fù)雜、更耗時(shí)。下期我們將會(huì)為大家介紹非序列模式優(yōu)化系列文章的第二篇-《如何優(yōu)化非序列光學(xué)系統(tǒng)》，這篇文章描述了非序列優(yōu)化的基礎(chǔ)，其中我們發(fā)現(xiàn)所有的非序列評(píng)價(jià)函數(shù)必須在計(jì)算性能目標(biāo)之前清除探測(cè)器和光線(xiàn)追跡。這個(gè)過(guò)程經(jīng)常是重復(fù)且容易出錯(cuò)的，通常通過(guò) OpticStudio 非序列優(yōu)化向?qū)ё詣?dòng)實(shí)現(xiàn)。該向?qū)еС謩?chuàng)建常見(jiàn)類(lèi)型的評(píng)價(jià)函數(shù)，并創(chuàng)建用于匹配導(dǎo)入圖像文件的能量分布的相關(guān)評(píng)價(jià)函數(shù)。本文將詳細(xì)討論如何使用這兩種功能來(lái)輔助優(yōu)化。
非序列優(yōu)化向?qū)?/strong>
許多非序列系統(tǒng)有著共同的性能目標(biāo)，如光通量均勻性或最大光通量等。非序列優(yōu)化向?qū)峁┝艘环N快速創(chuàng)建由常用評(píng)價(jià)目標(biāo)組成的評(píng)價(jià)函數(shù)的工具。該工具可以在評(píng)價(jià)函數(shù)編輯器中通過(guò) 優(yōu)化 (Optimization) … 優(yōu)化向?qū)? (Optimization Wizards) … 優(yōu)化向?qū)? (Optimization Wizard) 設(shè)置。
您還可以通過(guò)單擊評(píng)價(jià)函數(shù)編輯器中的 優(yōu)化向?qū)Ш筒僮鲾?shù) (Wizards and Operands) 來(lái)訪(fǎng)問(wèn)優(yōu)化向?qū)Вㄗ⒁獯斯ぞ咴诨旌夏Ｊ较虏豢捎茫?。下面的窗口中評(píng)價(jià)功能組件簡(jiǎn)潔地被劃分為三類(lèi)。
優(yōu)化向?qū)Э偸菍⒁粋€(gè) NSDD 操作數(shù)添加到評(píng)價(jià)函數(shù)的頂部，該函數(shù)將在每次運(yùn)行開(kāi)始時(shí)清除探測(cè)器。無(wú)論是否勾選“清除數(shù)據(jù)設(shè)置 (Clear Data Settings)”選項(xiàng)，這在添加任何非序列評(píng)價(jià)函數(shù)時(shí)都是必要的。除此之外，“清除數(shù)據(jù)設(shè)置”選項(xiàng)允許用戶(hù)在評(píng)價(jià)函數(shù)的任意點(diǎn)清除單個(gè)探測(cè)器。通常這種操作是不必要的，除非您確認(rèn)需要此操作，否則請(qǐng)保持設(shè)置的默認(rèn)值。
光線(xiàn)追跡設(shè)置支持常規(guī)光線(xiàn)追跡和 LightningTrace? (LT)。常規(guī)光線(xiàn)追跡是系統(tǒng)默認(rèn)的追跡方式，如果要使用 LT，請(qǐng)選擇使用 LightningTrace?。注意，它只支持矩形和顏色探測(cè)器的空間數(shù)據(jù)，并且只支持極坐標(biāo)探測(cè)器的角度數(shù)據(jù)，除此之外的其他任何探測(cè)器都不支持。當(dāng)該功能被啟用時(shí)，窗口將自動(dòng)更新，以顯示特定探測(cè)器的有效標(biāo)準(zhǔn)。有關(guān) LT 和采樣設(shè)置的更多信息，請(qǐng)參見(jiàn) OpticStudio 的幫助文件： 優(yōu)化選項(xiàng)卡（非序列 UI 模式） (The Analyze Tab (non-sequential ui mode)) ... 光線(xiàn)追跡選項(xiàng)組 (Trace Rays Group) ... Lightning 追跡 (Lightning Trace)。
所有其他常規(guī)的光線(xiàn)追跡設(shè)置都與原光線(xiàn)追跡設(shè)置的選項(xiàng)相同。
“標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置 (Criteria Settings)”定義了評(píng)價(jià)函數(shù)的計(jì)算目標(biāo)。下拉對(duì)話(huà)框中顯示的可用標(biāo)準(zhǔn)基于指定的探測(cè)器。邊界條件可以通過(guò)“邊界”下拉菜單選擇，然后在文本框中可以定義評(píng)價(jià)目標(biāo)（不管是閾值還是確切目標(biāo)）。此外“最小光通量 (Minimum Flux)”也應(yīng)當(dāng)設(shè)置，這對(duì)于避免優(yōu)化時(shí)出現(xiàn)沒(méi)有光線(xiàn)入射到探測(cè)器的方案是十分必要的。如果在探測(cè)器上沒(méi)有光線(xiàn)的情況下仍有機(jī)會(huì)達(dá)到最小光通量目標(biāo)，那么這個(gè)值應(yīng)該設(shè)置為非零值，不然優(yōu)化向?qū)г谏稍u(píng)價(jià)函數(shù)時(shí)將忽略這個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
優(yōu)化向?qū)еС贮c(diǎn)擊 應(yīng)用 (Apply) 按鈕創(chuàng)建動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)函數(shù)。按下后，OpticStudio會(huì)基于當(dāng)前定義的設(shè)置添加操作數(shù)，但對(duì)話(huà)框仍然保持打開(kāi)狀態(tài)，等待添加其他條件。點(diǎn)擊 應(yīng)用 (Apply) 后，“清除數(shù)據(jù)”和“光線(xiàn)追跡”部分默認(rèn)是停用的。通常，這些設(shè)置只在評(píng)價(jià)函數(shù)的開(kāi)始時(shí)定義一次。但是如果有需要，它們也可以被重新激活。此外，“起始行”值將被更新為當(dāng)前評(píng)價(jià)函數(shù)末尾的行數(shù)，這樣添加新操作數(shù)時(shí)將不會(huì)覆蓋任何當(dāng)前定義的操作數(shù)。如果只需要添加一次操作數(shù)，點(diǎn)擊 確認(rèn) (OK) 按鈕后系統(tǒng)將在添加完必要的操作數(shù)后關(guān)閉對(duì)話(huà)框。
投影儀示例
為了演示該功能的工作方式，請(qǐng)打開(kāi)以下文件：“{Zemax}\Samples\Non-sequential\Miscellaneous\Digital_projector_flys_eye_homogenizer.zmx.”。顧名思義，該系統(tǒng)被設(shè)計(jì)用于數(shù)字投影儀，其中透鏡陣列通過(guò)模擬多個(gè)光源而不是一個(gè)非均勻光源來(lái)均勻化光束。
該模型已經(jīng)優(yōu)化完成，但我們可以建立評(píng)價(jià)函數(shù)來(lái)研究在這種類(lèi)型的系統(tǒng)中哪些評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)更加重要。
對(duì)于任何投影系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最重要的兩個(gè)性能是光通量均勻性和效率。我們可以構(gòu)建一個(gè)以這兩種性能為目標(biāo)的評(píng)價(jià)函數(shù)。打開(kāi)評(píng)價(jià)函數(shù)編輯器并打開(kāi)優(yōu)化向?qū)?。如前文所述操作，“清除?shù)據(jù)設(shè)置”和“清除探測(cè)器：”設(shè)置應(yīng)該保持原樣。在光線(xiàn)追跡設(shè)置下，勾選啟用 分裂光線(xiàn) (Split Rays)， 使用偏振 (Use Polarization)，和 忽略錯(cuò)誤 (Ignore Errors)。我們的目標(biāo)是最終的像平面，所以從目標(biāo)設(shè)置中選擇探測(cè)器對(duì)象7。我們將“空間均勻度 (Spatial Uniformity)”定義為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，邊界條件為“等于”零。注意，這實(shí)際上是針對(duì)光通量分布的標(biāo)準(zhǔn)差設(shè)置，因此零這個(gè)值代表完全均勻。保留所有其他設(shè)置的默認(rèn)值并點(diǎn)擊 應(yīng)用 (Apply)。創(chuàng)建的對(duì)話(huà)框和設(shè)置的評(píng)價(jià)函數(shù)如下圖所示：
必要的操作數(shù)已被添加到評(píng)價(jià)函數(shù)中。注意，對(duì)話(huà)框保持打開(kāi)狀態(tài)，“清除數(shù)據(jù)設(shè)置”和“光線(xiàn)追跡設(shè)置”現(xiàn)已被禁用。我們目標(biāo)的任何其他性能都不需要再次定義這些操作數(shù)。此外，“起始行”值已被更新當(dāng)前定義的操作數(shù)之后，所以此后添加的任何評(píng)價(jià)函數(shù)都將出現(xiàn)在當(dāng)前存在的操作數(shù)之后。
如果我們想要達(dá)到 100% 的效率，我們可以使用最小光通量設(shè)置，但我們將設(shè)定一個(gè)更實(shí)際的限制。放映機(jī)的合理標(biāo)準(zhǔn)是至少 65% 的效率。并且，這個(gè)投影儀的光源是一盞 10,000 流明的燈，因此我們的目標(biāo)是總流明超過(guò) 6500 流明。定義如下所示的設(shè)置，并單擊 確認(rèn)。
OpticStudio 在之前定義的評(píng)價(jià)函數(shù)之后為總光通量添加了額外的操作數(shù)。在確定了恰當(dāng)?shù)淖兞恐?，系統(tǒng)就可以進(jìn)行優(yōu)化了。這個(gè)添加額外操作數(shù)的過(guò)程使評(píng)價(jià)函數(shù)的定義過(guò)程變得更為快速容易。
非序列 BMP 位圖向?qū)?/strong>
非序列 BMP 位圖向?qū)且粋€(gè)專(zhuān)門(mén)用于定位探測(cè)器上復(fù)雜的光通量和顏色分布的工具。窗口中的大多數(shù)設(shè)置，如下圖所示，與前面討論的評(píng)價(jià)功能工具相同，而這里的區(qū)別在于“目標(biāo)設(shè)置 (Target Settings)”部分。
探測(cè)器對(duì)話(huà)框中只會(huì)顯示矩形探測(cè)器和顏色探測(cè)器，因?yàn)樗鼈兪窃摴δ苤С值膬H有探測(cè)器類(lèi)型。輸入文件可以是位于 “{Zemax}\IMAFiles”目錄中的任何 BMP、JPG 或 PNG 文件。該輸入圖像定義了光通量和顏色的相對(duì)分布，但它沒(méi)有定義絕對(duì)光通量。總光通量設(shè)置允許目標(biāo)縮放以獲得一定的總光通量，同時(shí)保留在圖像中定義的相對(duì)分布。如果選擇了顏色探測(cè)器，顏色目標(biāo)設(shè)置將啟用。
預(yù)覽顯示了在探測(cè)器上的目標(biāo)分布中定義的設(shè)置具體看起來(lái)如何。如果圖像分辨率與探測(cè)器分辨率不同，圖像將被重新采樣到探測(cè)器的大小。請(qǐng)注意，低分辨率探測(cè)器可能會(huì)出現(xiàn)混疊，也可能只在對(duì)話(huà)框中顯示圖像。在上面的對(duì)話(huà)框中，一個(gè)306 x 306的位圖被向下采樣到一個(gè)50 x 50的探測(cè)器。或者您可以選擇重新取樣探測(cè)器。通過(guò)激活“重采樣探測(cè)器 (Resample Detector)”，探測(cè)器上的像素?cái)?shù)將被改變以匹配位圖中的像素?cái)?shù)。
預(yù)覽顯示了在探測(cè)器上的目標(biāo)分布中定義的設(shè)置具體看起來(lái)如何。如果圖像分辨率與探測(cè)器分辨率不同，圖像將被重新采樣到探測(cè)器的大小。請(qǐng)注意，低分辨率探測(cè)器可能會(huì)出現(xiàn)混疊，也可能只在對(duì)話(huà)框中顯示圖像。在上面的對(duì)話(huà)框中，一個(gè)306 x 306的位圖被向下采樣到一個(gè)50 x 50的探測(cè)器?；蛘吣梢赃x擇重新取樣探測(cè)器。通過(guò)激活“重采樣探測(cè)器 (Resample Detector)”，探測(cè)器上的像素?cái)?shù)將被改變以匹配位圖中的像素?cái)?shù)。
該工具還可以在不關(guān)閉對(duì)話(huà)框的情況下添加操作數(shù)。請(qǐng)注意，在使用位圖向?qū)r(shí)，通常會(huì)添加大量操作數(shù)。對(duì)于灰度目標(biāo)，探測(cè)器上的每個(gè)像素都需要添加一個(gè)操作數(shù)。對(duì)于一個(gè)顏色目標(biāo)，探測(cè)器上的每個(gè)像素也都要添加三個(gè)操作數(shù)。即使是中等大小的圖像文件也需要一段時(shí)間才能將目標(biāo)添加到評(píng)價(jià)函數(shù)中。一個(gè)306 x 306探測(cè)器需要93,636個(gè)用于灰度的操作數(shù)，280,908個(gè)用于顏色的操作數(shù)。建議使用可以準(zhǔn)確地表示所需的光通量/顏色分布的最低分辨率圖像。
當(dāng)單擊 確認(rèn) (OK)或 應(yīng)用 (Apply) 時(shí)，OpticStudio 將在窗口頂部給出一個(gè)進(jìn)度指示器。如果進(jìn)程花費(fèi)的時(shí)間太長(zhǎng)，可以按 終止 (Terminate) 按鈕結(jié)束進(jìn)程。在這種情況下，OpticStudio 將刪除進(jìn)程終止前添加到評(píng)價(jià)函數(shù)的所有操作數(shù)。
彩色測(cè)試靶示例
為了簡(jiǎn)單地說(shuō)明這個(gè)工具，讓我們看一看如何為一個(gè)簡(jiǎn)單的方格顏色測(cè)試靶創(chuàng)建的評(píng)價(jià)函數(shù)。本示例中使用的圖像 “ColorTestMeritFunction” 是為了演示該工具的功能而設(shè)計(jì)的，可在附件部分下載。如下圖所示，使用彩色象限組成的圖像作為測(cè)試靶。
當(dāng)啟用彩色測(cè)試靶時(shí)，OpticStudio 將為每個(gè)像素添加三個(gè)目標(biāo)操作數(shù)。這些目標(biāo)對(duì)應(yīng)每個(gè)像素的 X 、 Y 和 Z 三刺激值。此外，添加一個(gè)總光通量操作數(shù)以確保絕對(duì)光通量是測(cè)試探測(cè)器面的。用這種方式定義目標(biāo)似乎有些單調(diào)乏味，但是這種針對(duì)單個(gè)像素的方法非常有效。一旦光線(xiàn)被追跡，OpticStudio 可以非?？焖俚卮_定任何像素的顏色和強(qiáng)度。最耗時(shí)的優(yōu)化部分是光線(xiàn)追跡，在此之后數(shù)據(jù)則容易計(jì)算。
通過(guò) OpticStudio 優(yōu)化向?qū)?，可以輕松定義復(fù)雜的評(píng)價(jià)函數(shù)。非序列優(yōu)化向?qū)Чぞ咴试S用動(dòng)態(tài)的方式定義常見(jiàn)的目標(biāo)。非序列 BMP 位圖向?qū)ё詣?dòng)建立任何圖像文件中可描述的光通量和顏色分布操作數(shù)，將這項(xiàng)極其耗時(shí)的任務(wù)在幾秒或幾分鐘內(nèi)完成。所有上述功能都與 OpticStudio 中的強(qiáng)大優(yōu)化工具和算法協(xié)同工作。
本文描述了如何使用 OpticStudio 非序列優(yōu)化向?qū)?chuàng)建常見(jiàn)的評(píng)價(jià)函數(shù)類(lèi)型，以及創(chuàng)建用于匹配導(dǎo)入圖像文件的目標(biāo)能量分布評(píng)價(jià)函數(shù)。 （聯(lián)系我們獲取文章附件）
簡(jiǎn)介
在非序列模式下優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)通常比在序列模式下的優(yōu)化更復(fù)雜、更耗時(shí)。下期我們將會(huì)為大家介紹非序列模式優(yōu)化系列文章的第二篇-《如何優(yōu)化非序列光學(xué)系統(tǒng)》，這篇文章描述了非序列優(yōu)化的基礎(chǔ)，其中我們發(fā)現(xiàn)所有的非序列評(píng)價(jià)函數(shù)必須在計(jì)算性能目標(biāo)之前清除探測(cè)器和光線(xiàn)追跡。這個(gè)過(guò)程經(jīng)常是重復(fù)且容易出錯(cuò)的，通常通過(guò) OpticStudio 非序列優(yōu)化向?qū)ё詣?dòng)實(shí)現(xiàn)。該向?qū)еС謩?chuàng)建常見(jiàn)類(lèi)型的評(píng)價(jià)函數(shù)，并創(chuàng)建用于匹配導(dǎo)入圖像文件的能量分布的相關(guān)評(píng)價(jià)函數(shù)。本文將詳細(xì)討論如何使用這兩種功能來(lái)輔助優(yōu)化。
非序列優(yōu)化向?qū)?/strong>
許多非序列系統(tǒng)有著共同的性能目標(biāo)，如光通量均勻性或最大光通量等。非序列優(yōu)化向?qū)峁┝艘环N快速創(chuàng)建由常用評(píng)價(jià)目標(biāo)組成的評(píng)價(jià)函數(shù)的工具。該工具可以在評(píng)價(jià)函數(shù)編輯器中通過(guò) 優(yōu)化 (Optimization) … 優(yōu)化向?qū)? (Optimization Wizards) … 優(yōu)化向?qū)? (Optimization Wizard) 設(shè)置。
您還可以通過(guò)單擊評(píng)價(jià)函數(shù)編輯器中的 優(yōu)化向?qū)Ш筒僮鲾?shù) (Wizards and Operands) 來(lái)訪(fǎng)問(wèn)優(yōu)化向?qū)Вㄗ⒁獯斯ぞ咴诨旌夏Ｊ较虏豢捎茫?。下面的窗口中評(píng)價(jià)功能組件簡(jiǎn)潔地被劃分為三類(lèi)。
優(yōu)化向?qū)Э偸菍⒁粋€(gè) NSDD 操作數(shù)添加到評(píng)價(jià)函數(shù)的頂部，該函數(shù)將在每次運(yùn)行開(kāi)始時(shí)清除探測(cè)器。無(wú)論是否勾選“清除數(shù)據(jù)設(shè)置 (Clear Data Settings)”選項(xiàng)，這在添加任何非序列評(píng)價(jià)函數(shù)時(shí)都是必要的。除此之外，“清除數(shù)據(jù)設(shè)置”選項(xiàng)允許用戶(hù)在評(píng)價(jià)函數(shù)的任意點(diǎn)清除單個(gè)探測(cè)器。通常這種操作是不必要的，除非您確認(rèn)需要此操作，否則請(qǐng)保持設(shè)置的默認(rèn)值。
光線(xiàn)追跡設(shè)置支持常規(guī)光線(xiàn)追跡和 LightningTrace? (LT)。常規(guī)光線(xiàn)追跡是系統(tǒng)默認(rèn)的追跡方式，如果要使用 LT，請(qǐng)選擇使用 LightningTrace?。注意，它只支持矩形和顏色探測(cè)器的空間數(shù)據(jù)，并且只支持極坐標(biāo)探測(cè)器的角度數(shù)據(jù)，除此之外的其他任何探測(cè)器都不支持。當(dāng)該功能被啟用時(shí)，窗口將自動(dòng)更新，以顯示特定探測(cè)器的有效標(biāo)準(zhǔn)。有關(guān) LT 和采樣設(shè)置的更多信息，請(qǐng)參見(jiàn) OpticStudio 的幫助文件： 優(yōu)化選項(xiàng)卡（非序列 UI 模式） (The Analyze Tab (non-sequential ui mode)) ... 光線(xiàn)追跡選項(xiàng)組 (Trace Rays Group) ... Lightning 追跡 (Lightning Trace)。
所有其他常規(guī)的光線(xiàn)追跡設(shè)置都與原光線(xiàn)追跡設(shè)置的選項(xiàng)相同。
“標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置 (Criteria Settings)”定義了評(píng)價(jià)函數(shù)的計(jì)算目標(biāo)。下拉對(duì)話(huà)框中顯示的可用標(biāo)準(zhǔn)基于指定的探測(cè)器。邊界條件可以通過(guò)“邊界”下拉菜單選擇，然后在文本框中可以定義評(píng)價(jià)目標(biāo)（不管是閾值還是確切目標(biāo)）。此外“最小光通量 (Minimum Flux)”也應(yīng)當(dāng)設(shè)置，這對(duì)于避免優(yōu)化時(shí)出現(xiàn)沒(méi)有光線(xiàn)入射到探測(cè)器的方案是十分必要的。如果在探測(cè)器上沒(méi)有光線(xiàn)的情況下仍有機(jī)會(huì)達(dá)到最小光通量目標(biāo)，那么這個(gè)值應(yīng)該設(shè)置為非零值，不然優(yōu)化向?qū)г谏稍u(píng)價(jià)函數(shù)時(shí)將忽略這個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
優(yōu)化向?qū)еС贮c(diǎn)擊 應(yīng)用 (Apply) 按鈕創(chuàng)建動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)函數(shù)。按下后，OpticStudio會(huì)基于當(dāng)前定義的設(shè)置添加操作數(shù)，但對(duì)話(huà)框仍然保持打開(kāi)狀態(tài)，等待添加其他條件。點(diǎn)擊 應(yīng)用 (Apply) 后，“清除數(shù)據(jù)”和“光線(xiàn)追跡”部分默認(rèn)是停用的。通常，這些設(shè)置只在評(píng)價(jià)函數(shù)的開(kāi)始時(shí)定義一次。但是如果有需要，它們也可以被重新激活。此外，“起始行”值將被更新為當(dāng)前評(píng)價(jià)函數(shù)末尾的行數(shù)，這樣添加新操作數(shù)時(shí)將不會(huì)覆蓋任何當(dāng)前定義的操作數(shù)。如果只需要添加一次操作數(shù)，點(diǎn)擊 確認(rèn) (OK) 按鈕后系統(tǒng)將在添加完必要的操作數(shù)后關(guān)閉對(duì)話(huà)框。
投影儀示例
為了演示該功能的工作方式，請(qǐng)打開(kāi)以下文件：“{Zemax}\Samples\Non-sequential\Miscellaneous\Digital_projector_flys_eye_homogenizer.zmx.”。顧名思義，該系統(tǒng)被設(shè)計(jì)用于數(shù)字投影儀，其中透鏡陣列通過(guò)模擬多個(gè)光源而不是一個(gè)非均勻光源來(lái)均勻化光束。
該模型已經(jīng)優(yōu)化完成，但我們可以建立評(píng)價(jià)函數(shù)來(lái)研究在這種類(lèi)型的系統(tǒng)中哪些評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)更加重要。
對(duì)于任何投影系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最重要的兩個(gè)性能是光通量均勻性和效率。我們可以構(gòu)建一個(gè)以這兩種性能為目標(biāo)的評(píng)價(jià)函數(shù)。打開(kāi)評(píng)價(jià)函數(shù)編輯器并打開(kāi)優(yōu)化向?qū)?。如前文所述操作，“清除?shù)據(jù)設(shè)置”和“清除探測(cè)器：”設(shè)置應(yīng)該保持原樣。在光線(xiàn)追跡設(shè)置下，勾選啟用 分裂光線(xiàn) (Split Rays)， 使用偏振 (Use Polarization)，和 忽略錯(cuò)誤 (Ignore Errors)。我們的目標(biāo)是最終的像平面，所以從目標(biāo)設(shè)置中選擇探測(cè)器對(duì)象7。我們將“空間均勻度 (Spatial Uniformity)”定義為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，邊界條件為“等于”零。注意，這實(shí)際上是針對(duì)光通量分布的標(biāo)準(zhǔn)差設(shè)置，因此零這個(gè)值代表完全均勻。保留所有其他設(shè)置的默認(rèn)值并點(diǎn)擊 應(yīng)用 (Apply)。創(chuàng)建的對(duì)話(huà)框和設(shè)置的評(píng)價(jià)函數(shù)如下圖所示：
必要的操作數(shù)已被添加到評(píng)價(jià)函數(shù)中。注意，對(duì)話(huà)框保持打開(kāi)狀態(tài)，“清除數(shù)據(jù)設(shè)置”和“光線(xiàn)追跡設(shè)置”現(xiàn)已被禁用。我們目標(biāo)的任何其他性能都不需要再次定義這些操作數(shù)。此外，“起始行”值已被更新當(dāng)前定義的操作數(shù)之后，所以此后添加的任何評(píng)價(jià)函數(shù)都將出現(xiàn)在當(dāng)前存在的操作數(shù)之后。
如果我們想要達(dá)到 100% 的效率，我們可以使用最小光通量設(shè)置，但我們將設(shè)定一個(gè)更實(shí)際的限制。放映機(jī)的合理標(biāo)準(zhǔn)是至少 65% 的效率。并且，這個(gè)投影儀的光源是一盞 10,000 流明的燈，因此我們的目標(biāo)是總流明超過(guò) 6500 流明。定義如下所示的設(shè)置，并單擊 確認(rèn)。
OpticStudio 在之前定義的評(píng)價(jià)函數(shù)之后為總光通量添加了額外的操作數(shù)。在確定了恰當(dāng)?shù)淖兞恐?，系統(tǒng)就可以進(jìn)行優(yōu)化了。這個(gè)添加額外操作數(shù)的過(guò)程使評(píng)價(jià)函數(shù)的定義過(guò)程變得更為快速容易。
非序列 BMP 位圖向?qū)?/strong>
非序列 BMP 位圖向?qū)且粋€(gè)專(zhuān)門(mén)用于定位探測(cè)器上復(fù)雜的光通量和顏色分布的工具。窗口中的大多數(shù)設(shè)置，如下圖所示，與前面討論的評(píng)價(jià)功能工具相同，而這里的區(qū)別在于“目標(biāo)設(shè)置 (Target Settings)”部分。
探測(cè)器對(duì)話(huà)框中只會(huì)顯示矩形探測(cè)器和顏色探測(cè)器，因?yàn)樗鼈兪窃摴δ苤С值膬H有探測(cè)器類(lèi)型。輸入文件可以是位于 “{Zemax}\IMAFiles”目錄中的任何 BMP、JPG 或 PNG 文件。該輸入圖像定義了光通量和顏色的相對(duì)分布，但它沒(méi)有定義絕對(duì)光通量。總光通量設(shè)置允許目標(biāo)縮放以獲得一定的總光通量，同時(shí)保留在圖像中定義的相對(duì)分布。如果選擇了顏色探測(cè)器，顏色目標(biāo)設(shè)置將啟用。
預(yù)覽顯示了在探測(cè)器上的目標(biāo)分布中定義的設(shè)置具體看起來(lái)如何。如果圖像分辨率與探測(cè)器分辨率不同，圖像將被重新采樣到探測(cè)器的大小。請(qǐng)注意，低分辨率探測(cè)器可能會(huì)出現(xiàn)混疊，也可能只在對(duì)話(huà)框中顯示圖像。在上面的對(duì)話(huà)框中，一個(gè)306 x 306的位圖被向下采樣到一個(gè)50 x 50的探測(cè)器。或者您可以選擇重新取樣探測(cè)器。通過(guò)激活“重采樣探測(cè)器 (Resample Detector)”，探測(cè)器上的像素?cái)?shù)將被改變以匹配位圖中的像素?cái)?shù)。
預(yù)覽顯示了在探測(cè)器上的目標(biāo)分布中定義的設(shè)置具體看起來(lái)如何。如果圖像分辨率與探測(cè)器分辨率不同，圖像將被重新采樣到探測(cè)器的大小。請(qǐng)注意，低分辨率探測(cè)器可能會(huì)出現(xiàn)混疊，也可能只在對(duì)話(huà)框中顯示圖像。在上面的對(duì)話(huà)框中，一個(gè)306 x 306的位圖被向下采樣到一個(gè)50 x 50的探測(cè)器?；蛘吣梢赃x擇重新取樣探測(cè)器。通過(guò)激活“重采樣探測(cè)器 (Resample Detector)”，探測(cè)器上的像素?cái)?shù)將被改變以匹配位圖中的像素?cái)?shù)。
該工具還可以在不關(guān)閉對(duì)話(huà)框的情況下添加操作數(shù)。請(qǐng)注意，在使用位圖向?qū)r(shí)，通常會(huì)添加大量操作數(shù)。對(duì)于灰度目標(biāo)，探測(cè)器上的每個(gè)像素都需要添加一個(gè)操作數(shù)。對(duì)于一個(gè)顏色目標(biāo)，探測(cè)器上的每個(gè)像素也都要添加三個(gè)操作數(shù)。即使是中等大小的圖像文件也需要一段時(shí)間才能將目標(biāo)添加到評(píng)價(jià)函數(shù)中。一個(gè)306 x 306探測(cè)器需要93,636個(gè)用于灰度的操作數(shù)，280,908個(gè)用于顏色的操作數(shù)。建議使用可以準(zhǔn)確地表示所需的光通量/顏色分布的最低分辨率圖像。
當(dāng)單擊 確認(rèn) (OK)或 應(yīng)用 (Apply) 時(shí)，OpticStudio 將在窗口頂部給出一個(gè)進(jìn)度指示器。如果進(jìn)程花費(fèi)的時(shí)間太長(zhǎng)，可以按 終止 (Terminate) 按鈕結(jié)束進(jìn)程。在這種情況下，OpticStudio 將刪除進(jìn)程終止前添加到評(píng)價(jià)函數(shù)的所有操作數(shù)。
彩色測(cè)試靶示例
為了簡(jiǎn)單地說(shuō)明這個(gè)工具，讓我們看一看如何為一個(gè)簡(jiǎn)單的方格顏色測(cè)試靶創(chuàng)建的評(píng)價(jià)函數(shù)。本示例中使用的圖像 “ColorTestMeritFunction” 是為了演示該工具的功能而設(shè)計(jì)的，可在附件部分下載。如下圖所示，使用彩色象限組成的圖像作為測(cè)試靶。
當(dāng)啟用彩色測(cè)試靶時(shí)，OpticStudio 將為每個(gè)像素添加三個(gè)目標(biāo)操作數(shù)。這些目標(biāo)對(duì)應(yīng)每個(gè)像素的 X 、 Y 和 Z 三刺激值。此外，添加一個(gè)總光通量操作數(shù)以確保絕對(duì)光通量是測(cè)試探測(cè)器面的。用這種方式定義目標(biāo)似乎有些單調(diào)乏味，但是這種針對(duì)單個(gè)像素的方法非常有效。一旦光線(xiàn)被追跡，OpticStudio 可以非?？焖俚卮_定任何像素的顏色和強(qiáng)度。最耗時(shí)的優(yōu)化部分是光線(xiàn)追跡，在此之后數(shù)據(jù)則容易計(jì)算。
通過(guò) OpticStudio 優(yōu)化向?qū)?，可以輕松定義復(fù)雜的評(píng)價(jià)函數(shù)。非序列優(yōu)化向?qū)Чぞ咴试S用動(dòng)態(tài)的方式定義常見(jiàn)的目標(biāo)。非序列 BMP 位圖向?qū)ё詣?dòng)建立任何圖像文件中可描述的光通量和顏色分布操作數(shù)，將這項(xiàng)極其耗時(shí)的任務(wù)在幾秒或幾分鐘內(nèi)完成。所有上述功能都與 OpticStudio 中的強(qiáng)大優(yōu)化工具和算法協(xié)同工作。
